MATLAB实现的Ziegler-Nichols PID整定系统

资 源 简 介

本项目实现基于Ziegler-Nichols方法的PID控制器参数整定功能，支持连续和离散系统两种模式。系统通过稳定性分析自动确定临界增益和周期，根据Z-N规则计算最优PID参数，为控制系统设计提供高效解决方案。

详 情 说 明

基于Ziegler-Nichols方法的连续与离散PID整定系统设计与实现

项目介绍

本项目实现了一个基于Ziegler-Nichols方法的PID控制器参数整定系统，支持连续系统和离散系统两种整定模式。系统采用临界灵敏度法（稳定性边界分析法）自动确定临界增益和临界周期，并依据Z-N整定规则计算最优PID参数。系统提供直观的图形化界面展示系统响应曲线，支持P、PI、PID三种控制模式的参数整定，并包含性能对比分析功能。

功能特性

• 双模式整定：支持连续系统（s域）和离散系统（z域）的PID参数整定
• 自动稳定性分析：通过增益扫描自动识别临界增益Ku和临界周期Tu
• 多控制模式：支持P控制、PI控制和PID控制三种模式
• 可视化展示：提供系统阶跃响应的图形化对比（整定前后性能对比）
• 性能分析：输出系统稳定裕度、超调量、调节时间等性能指标
• 离散化处理：支持连续系统到离散系统的转换（双线性变换法）
• 完整报告：生成包含整定过程数据、临界点识别结果的详细分析报告

使用方法

输入参数设置

1. 被控对象模型：

- 连续系统：传递函数形式（如：1/(s^2+2s+1)） - 离散系统：差分方程形式（如：[1, -1.5, 0.7]）

1. 系统类型标识：选择连续系统（s域）或离散系统（z域）

1. 控制模式选择：P控制、PI控制或PID控制

1. 仿真参数：

- 仿真时间范围 - 采样周期（离散系统必需）

1. 整定参数：

- 初始增益范围 - 增益步长设置 - 收敛容差

输出结果

• 整定参数：临界增益(Ku)、临界周期(Tu)、整定后的PID参数（Kp, Ki, Kd）
• 响应曲线：阶跃响应对比图展示整定前后系统性能
• 分析报告：系统稳定裕度、超调量、调节时间等性能指标
• 过程数据：增益扫描过程数据、临界点识别结果
• 离散参数：离散系统的PID控制器参数及差分方程形式

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• Control System Toolbox
• Signal Processing Toolbox（可选，用于高级分析）
• 至少4GB内存
• 支持Windows/Linux/macOS操作系统

文件说明

主程序文件实现了系统的核心控制逻辑，包括用户界面初始化、参数输入处理、整定算法执行和结果可视化。它整合了连续与离散系统的整定流程，协调各功能模块的调用顺序，处理Ziegler-Nichols整定规则的计算，并生成完整的性能分析报告和图形化输出。该文件还负责系统稳定性的自动判断和临界参数的精确识别，确保整定过程的准确性和可靠性。